สารละลายของเหลวสำหรับการเจริญเติบโตของเดนไดรต์ในแบตเตอรี่โลหะลิเธียม

ทีมงานของรองศาสตราจารย์ Wan Jiandi จากภาควิชาวิศวกรรมเคมีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย Davis ได้ตีพิมพ์บทความใหม่ในวารสาร Scientific Progress ซึ่งเสนอแนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้สำหรับการเติบโตของ dendritic ในแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะแบบชาร์จไฟได้ ในบทความนี้ ทีมงานของ Wan แสดงให้เห็นว่าไอออนที่ไหลใกล้แคโทดอาจช่วยเพิ่มความปลอดภัยและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้รุ่นต่อไป

แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลใช้โลหะลิเธียมเป็นขั้วบวก แบตเตอรี่เหล่านี้มีความหนาแน่นประจุและพลังงานศักย์สูงเป็นสองเท่าของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิม แต่ความปลอดภัยถือเป็นข้อกังวลหลัก เมื่อประจุไอออน ไอออนบางส่วนจะลดลงเป็นลิเธียมโลหะบนพื้นผิวแคโทด และก่อตัวเป็นโครงสร้างจุลภาคของเดนไดรต์ที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งก็คือเดนไดรต์ ซึ่งในที่สุดอาจนำไปสู่การลัดวงจรหรือแม้แต่การระเบิดได้

ทฤษฎีก็คือการแข่งขันระหว่างอัตราการถ่ายโอนมวลและอัตราการรีดักชันของลิเธียมไอออนใกล้กับพื้นผิวแคโทดทำให้เกิดการเติบโตของเดนไดรต์ เมื่ออัตราการรีดิวซ์ของไอออนเร็วกว่าการถ่ายโอนมวลมาก มันจะสร้างช่องว่างที่เป็นกลางที่เรียกว่าชั้นประจุอวกาศใกล้กับแคโทด ซึ่งไม่มีไอออนอยู่ เชื่อว่าความไม่เสถียรของชั้นนี้จะนำไปสู่การเติบโตของเดนไดรต์ ดังนั้นการลดหรือกำจัดมันอาจลดการเติบโตของเดนไดรต์ ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

แนวคิดของ Wan คือการปล่อยให้ไอออนกู้คืนประจุและยกเลิกช่องว่างนี้ผ่านช่องทางไมโครฟลูอิดิกผ่านแคโทด ในรายงานนี้ ทีมงานได้สรุปหลักฐานการทดสอบแนวคิดและพบว่าการไหลของไอออนนี้สามารถลดการเติบโตของเดนไดรต์ได้ถึง 99%

สำหรับ Wan การศึกษาครั้งนี้เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นเนื่องจากแสดงให้เห็นถึงประสิทธิผลของการใช้งานไมโครฟลูอิดิกในประเด็นที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ และปูทางสำหรับการวิจัยในอนาคตในสาขานี้

"ด้วยการวิจัยขั้นพื้นฐานและวิธีการไมโครฟลูอิดิกนี้ เราสามารถเข้าใจเชิงปริมาณถึงผลกระทบของการไหลต่อการเจริญเติบโตของเดนไดรต์" เขากล่าว “ยังมีกลุ่มไม่มากนักที่ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเรื่องนี้”

แม้ว่าจะไม่น่าจะรวมไมโครฟลูอิดิกเข้ากับแบตเตอรี่จริงได้โดยตรง แต่ทีมงานของ Wan กำลังมองหาวิธีการอื่นเพื่อใช้หลักการพื้นฐานของการศึกษานี้โดยการแนะนำการไหลในท้องถิ่นใกล้กับพื้นผิวแคโทดเพื่อชดเชยแคตไอออนและกำจัดชั้นประจุในอวกาศ

เขากล่าวว่า "เรารู้สึกยินดีเป็นอย่างยิ่งที่ได้สำรวจการใช้งานใหม่ๆ ของการวิจัยนี้" "เราได้เริ่มออกแบบพื้นผิวแคโทดเพื่อแนะนำการพาความร้อน"